JP4677228B2

JP4677228B2 - Imaging device

Info

Publication number: JP4677228B2
Application number: JP2004373346A
Authority: JP
Inventors: 誠二橋本; 英俊林
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-12-25
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: JP2005210701A

Description

本発明は、被写体像を撮像する撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus that captures a subject image.

近年静止画像撮影を主用途とするデジタルスチルカメラは最大画素数１０００万画素の撮像素子が使用されるようになり、また動画像撮影を主用途とするムービーカメラでも数百万画素の撮像素子が使用されるようになった。 In recent years, digital still cameras mainly used for still image shooting have come to use image sensors with a maximum pixel number of 10 million pixels, and movie cameras mainly used for moving image shooting have image sensors with millions of pixels. Came to be used.

このような撮像素子の多画素化の進歩は、画素サイズのシュリンクによる事は明らかである。しかし、その結果、画素の開口面積が小さくなり、低感度と光ショットノイズが問題点としてクローズアップされている。また、取り扱い電子数の減少に伴って、撮像素子起因のノイズも目立つようになってきている。 It is clear that the progress of the increase in the number of pixels of the image sensor is due to the shrinking of the pixel size. However, as a result, the aperture area of the pixel is reduced, and low sensitivity and optical shot noise are highlighted as problems. Further, as the number of handling electrons decreases, noise due to the image sensor has become conspicuous.

増幅型撮像素子のノイズ低減法としては撮像画面上固定パターンノイズとして見える画素アンプの入力段のリセットノイズとアンプを構成しているトランジスタのＶｔｈバラツキを除去するためにあらかじめそのノイズを読み出し、その後光電変換信号をノイズに重畳して読み出し、それらを減算することによりノイズ処理する、所謂（Ｓ−Ｎ）処理することが一般的である。この方法は固定パターンノイズは低減出来るが、ランダムノイズが√２倍大きくなるのは常識として認識されられている。 As a noise reduction method for an amplification type imaging device, in order to remove the reset noise of the input stage of the pixel amplifier that appears as fixed pattern noise on the imaging screen and the Vth variation of the transistors constituting the amplifier, the noise is read in advance, and then the photoelectrical It is common to perform so-called (S-N) processing, in which the converted signal is read out by superimposing it on noise, and noise processing is performed by subtracting them. Although this method can reduce fixed pattern noise, it is recognized as common sense that random noise is increased by √2.

この様なランダムノイズを低減する従来例を以下述べる。 A conventional example for reducing such random noise will be described below.

（１）画素に起因するノイズ減算処理では、遮光した状態で得られる撮像出力に基づいて、複数のノイズデータから所定のノイズデータを生成している。また、撮像データは撮像動作を行った後のＡＤ変換後の一回のデータを利用している。所定のノイズデータは平均化されているのでランダムノイズは低減されている。しかし、撮像データに含まれるランダムノイズの低減は出来ない。また、ノイズを撮像素子から読み出す時間が必要で、撮影間隔が長くなり撮影の即時性に難があり、また、無効消費電力が大きくなる欠点がある（例えば、特許文献１）。 (1) In the noise subtraction processing caused by pixels , predetermined noise data is generated from a plurality of noise data based on an imaging output obtained in a light-shielded state. In addition, as the imaging data, one-time data after AD conversion after the imaging operation is performed is used. Since the predetermined noise data is averaged, the random noise is reduced. However, the random noise included in the imaging data cannot be reduced. In addition, it takes time to read out noise from the image sensor, and there are disadvantages that the imaging interval becomes long and imaging immediacy is difficult, and the invalid power consumption becomes large (for example, Patent Document 1).

（２）Ｘ線ノイズを低減するために、光電変換した信号を複数回読み出し、その差分によりＸ線ノイズを分離する。本件ではランダムなＸ線ノイズは分離出来るが、画素に起因するノイズは増加する（例えば、特許文献２）。 (2) In order to reduce the X-ray noise, the photoelectrically converted signal is read out a plurality of times, and the X-ray noise is separated based on the difference. In this case, random X-ray noise can be separated, but noise due to pixels increases (for example, Patent Document 2).

（３）画素アンプからノイズあるいは信号を複数回読み出し、電荷加算を行う事によって、ノイズと信号振幅を大きくすることにより後段の信号処理回路が発生するノイズの影響を軽減する方法が提案されている（特許文献３）。特許文献３の実施例の、例えば図２では、通常のＭＯＳスイッチを経て信号を容量に通電するだけでは電荷加算は困難である。電荷転送ＭＯＳトランジスタを用いた場合は信号の転送に十分な時間を要するために高速駆動や高速連写撮影は困難で、また、画素アンプの１／ｆノイズは低減できない可能性が大きい。 (3) A method has been proposed in which noise or a signal is read from a pixel amplifier a plurality of times and charge addition is performed to increase the noise and the signal amplitude, thereby reducing the influence of noise generated by the signal processing circuit at the subsequent stage. (Patent Document 3) . In the embodiment of Patent Document 3 , for example, in FIG. 2, it is difficult to add charges only by passing a signal to a capacitor through a normal MOS switch. When a charge transfer MOS transistor is used, a sufficient time is required for signal transfer, so high-speed driving and high-speed continuous shooting are difficult, and there is a high possibility that 1 / f noise of the pixel amplifier cannot be reduced.

（４）読み出し系信号処理回路のノイズ低減法の技術がある。本件は画素アンプからのノイズ低減法として、画素アンプの固定パターンノイズの低減に効果があるＣＤＳ回路と増幅器手段により後段信号処理回路のノイズを無視できるようにはしている（例えば、特許文献４）。 (4) There is a technique of a noise reduction method for a readout system signal processing circuit. In this case, as a method of reducing noise from the pixel amplifier, the noise of the subsequent signal processing circuit can be ignored by the CDS circuit and the amplifier means that are effective in reducing the fixed pattern noise of the pixel amplifier (for example, Patent Document 4). ).

以上は撮像素子のノイズ低減を目的に従来例を述べたが、多画素の撮像素子の用途においては、高解像度が必要な高精細撮影では高画素数で、低解像度で良い場合は低画素数で撮影するのが一般的である。その時、高精細撮影では撮像素子からほぼ全画素信号が読み出され、低解像度撮影ではカメラの電池消耗を防ぐため、あるいは動画像撮影のため、画素信号の間引き読み出しや、画素信号の間引きと加算の両方を行なった読み出しが行なわれている。 In the above, the conventional example has been described for the purpose of reducing noise of the image sensor. However, in the application of a multi-pixel image sensor, the number of pixels is high when high resolution is required and the number of pixels is low. It is common to shoot with At that time, almost all pixel signals are read from the image sensor in high-definition shooting, and in order to prevent camera battery consumption in low-resolution shooting, or for moving image shooting, pixel signal decimation and pixel signal decimation and addition are added. Reading is performed by performing both of the above.

この様な公知例として特開平９−２４７６８９号公報に開示されたカラー撮像装置がある。同公報に示される実施例（公報の図３）では、４×４画素を単位として同一色を間引いて読み出し加算をしている。また、他の画素信号の加算公知例として特開２００１−３６９２０号公報に開示された撮像装置がある。同公報に示される実施例（公報の図１）では、４×４画素を１グループとして、加算前の各色の空間的色配置と、加算後の各色の空間的配置が同じになるように複数の画素信号を加算をしている。
特開平５−６４０８５号公報特開２００２−３４４８１３号公報特開平１０−２５７３８９号公報特開２００３−５１９８９号公報 As such a known example, there is a color imaging device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-247689. In the embodiment shown in the publication (FIG. 3 of the publication), the same color is thinned out in units of 4 × 4 pixels, and readout addition is performed. Another known addition example of pixel signals is an imaging device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-36920. In the embodiment shown in the publication (FIG. 1 of the publication), 4 × 4 pixels are grouped so that the spatial color arrangement of each color before addition and the spatial arrangement of each color after addition are the same. These pixel signals are added.
JP-A-5-64085 JP 2002-344813 A JP-A-10-257389 JP 2003-51989

従来の増幅型撮像素子のノイズ低減公知例では画素アンプに起因する固定パターンノイズは、（Ｓ−Ｎ）処理で問題ない画像レベルまで低減出来た。その結果、画素アンプを駆動時発生する、１／ｆノイズ（ランダムノイズを含む）が課題となってきた。あるいはやっとＳ−Ｎ処理後の画素アンプの１／ｆノイズが問題となる技術レベルのなったと言える。増幅型撮像素子のこのノイズは高精細撮影モードではＣＣＤと同等以下になってきた。 Noise Reduction of Conventional Amplification Type Image Sensor In a known example, fixed pattern noise caused by a pixel amplifier can be reduced to an image level that does not cause a problem in (SN) processing. As a result, 1 / f noise (including random noise) generated during driving of the pixel amplifier has been a problem. Or it can be said that the 1 / f noise of the pixel amplifier after the SN process has finally reached a technical level. This noise of the amplification type imaging device has become equal to or less than that of the CCD in the high-definition shooting mode.

しかし、撮像素子内の信号加算読み出しでは、新たな課題となってきた。何故ならば、ＣＣＤの画素加算は電荷加算なので、複数画素からの光電変換信号の加算により信号は大きくなるが、ノイズはＣＣＤの最終段アンプ（フローティングディフュジョンアンプ）で決まるため非加算と変わらない。しかし、増幅型撮像素子は各画素毎のノイズを含んだ信号を加算することになるので、ノイズは大きくなる。増幅型撮像素子はＣＣＤに対し、加算画素数の√倍、暗時のＳＮ比が悪いと言える。画素アンプの１／ｆノイズが残された大きな課題である。 However, the signal addition readout in the image sensor has become a new problem. This is because the CCD pixel addition is a charge addition, and the signal is increased by adding photoelectric conversion signals from a plurality of pixels, but the noise is determined by the final stage amplifier (floating diffusion amplifier) of the CCD and is not different from non-addition. . However, since the amplification type imaging device adds a signal including noise for each pixel, the noise increases. It can be said that the amplification type image pickup device is √ times the number of added pixels and has a poor SN ratio in the dark with respect to the CCD. This is a big problem that the 1 / f noise of the pixel amplifier remains.

次に、複数画素信号の加算方法の課題について説明する。 Next, a problem of a method for adding a plurality of pixel signals will be described.

公知例特開平９−２４７６８９号公報では、４×４画素の中で利用される有効画素数が少ない事である。近年の撮像素子は高画素化により単位画素サイズが小さくなり感度不足が従来以上に指摘されている。デジタルスチルカメラでは暗い被写体の撮影ではストロボ発光で感度不足は補えるが、動画像撮影では高価でかつ重い光源を使う訳にはいかずノイズが多い。また、画素信号の間引きにより画像のサンプリング周波数低下によるモアレが発生して画質劣化が甚だしい。 In the known example of Japanese Patent Laid-Open No. 9-247689, the number of effective pixels used in 4 × 4 pixels is small. In recent years, it has been pointed out that the image sensor of recent years has a smaller unit pixel size due to an increase in the number of pixels and insufficient sensitivity. Digital still cameras can compensate for the lack of sensitivity by shooting with a strobe when shooting dark objects, but moving images are expensive and heavy, and there is a lot of noise. In addition, image quality is greatly deteriorated due to generation of moire due to a decrease in the sampling frequency of the image due to thinning out of the pixel signals.

他の公知例として特開２００１−３６９２０号公報では、１グループ内での画素信号の加算数を増やし感度は向上しているが、まだ利用していない（捨てている）画素信号があるのが問題である。また、１グループ内で加算前後での各色の空間的色配置が同じになるように複数の画素信号を加算をしているが、撮像画像を拡大してみるとモアレが発生している問題がある。 As another known example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-36920, the number of pixel signals added in one group is increased and the sensitivity is improved, but there are pixel signals that are not yet used (thrown away). It is a problem. In addition, a plurality of pixel signals are added so that the spatial color arrangement of each color before and after the addition is the same within one group. However, there is a problem that moire occurs when the captured image is enlarged. is there.

上述の様に従来技術では画素信号を間引きしたために感度向上が不十分であり、かつ、空間的色配列は同じであるがモアレが発生するという課題があった。 As described above, the conventional technique has a problem that the sensitivity improvement is insufficient because the pixel signals are thinned out, and the moire is generated although the spatial color arrangement is the same.

本発明の撮像装置は、各々が光電変換部と、前記光電変換部の信号を増幅して出力する増幅手段と、を有する複数の画素が行列状に配列された画素部と、同一行の複数の前記画素の前記増幅手段の入力部をリセットしたことに基づく信号を混合して第１の水平混合信号を得た後に、前記光電変換部で発生した光電変換信号を混合して第２の水平混合信号を得る水平混合手段と、前記第１の水平混合信号を複数回サンプリングして混合した信号を複数混合した第１の混合信号を出力し、かつ、前記第２の水平混合信号を複数回サンプリングして混合した信号を複数混合した第２の混合信号を出力する混合手段と、前記第１の混合信号と、前記第２の混合信号との差分処理を行う差分処理手段と、を有し、前記画素部は、赤のカラーフィルタが設けられた画素と緑のカラーフィルタが設けられた画素とが交互に配列された第１の行と、緑のカラーフィルタが設けられた画素と青のカラーフィルタが設けられた画素とが交互に配列された第２の行と、が交互に配列され、前記カラーフィルタの各色について、前記第１および第２の水平混合信号は、前記画素部の同一行の１列おきの前記画素に基づく信号であって、さらに、前記混合手段で混合される前記複数の第１および第２の水平混合信号は、それぞれが前記画素部の１行おきの前記画素に基づく信号であることを特徴とする。 The imaging apparatus of the present invention includes a pixel unit in which a plurality of pixels each having a photoelectric conversion unit and an amplification unit that amplifies and outputs a signal of the photoelectric conversion unit are arranged in a matrix, and a plurality of pixels in the same row The first horizontal mixed signal is obtained by mixing signals based on resetting the input unit of the amplification means of the pixel, and then the second horizontal signal is obtained by mixing the photoelectric conversion signals generated by the photoelectric conversion unit. Horizontal mixing means for obtaining a mixed signal; outputting a first mixed signal obtained by mixing a plurality of signals obtained by sampling and mixing the first horizontal mixed signal a plurality of times; and outputting the second horizontal mixed signal a plurality of times. Mixing means for outputting a second mixed signal obtained by mixing a plurality of sampled and mixed signals, and difference processing means for performing difference processing between the first mixed signal and the second mixed signal. The pixel unit is provided with a red color filter. The first row in which the pixels provided with the green color filter are alternately arranged, and the pixels provided with the green color filter and the pixels provided with the blue color filter are alternately arranged. The second horizontal lines are alternately arranged, and for each color of the color filter, the first and second horizontal mixed signals are signals based on the pixels in every other column of the same row of the pixel unit. In addition, each of the plurality of first and second horizontal mixed signals mixed by the mixing unit is a signal based on the pixels in every other row of the pixel unit.

本発明では、ノイズを低減することが可能となり、画像の向上を図ることが出来る。 In the present invention, noise can be reduced, and an image can be improved.

以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１、図３、図５、図７は本発明の主要な構成回路を説明するために、エリアセンサの中の単位画素と垂直信号線に接続されたノイズ低減回路を抜粋した概略図面である。本来は単位画素は水平方向、垂直方向に複数配置接続されたエリアセンサであり、ノイズ低減回路は垂直信号線に接続されていることは言うまでもない。 1, 3, 5, and 7 are schematic diagrams illustrating noise reduction circuits connected to unit pixels and vertical signal lines in an area sensor in order to explain main constituent circuits of the present invention. . Naturally, a plurality of unit pixels are area sensors arranged and connected in the horizontal direction and the vertical direction, and it goes without saying that the noise reduction circuit is connected to the vertical signal line.

図１は一時蓄積メモリを利用したノイズＮと信号Ｓ’の加算平均化処理回路図である。図において、点線で囲まれたブロック１００は単位画素、ブロック２００は、混合手段である一時蓄積メモリ、ブロック３００は（Ｓ−Ｎ）差分回路である。単位画素から複数回読み出された画素ノイズＮ（リセットノイズＫＴＣ、△Ｖｔｈ、ＲＮ（１／ｆノイズ）、以下の文では省略）と信号Ｓ’（前記リセットノイズ、△Ｖｔｈ）に新たなノイズＲＮ’（１／ｆノイズ）と光電変換信号Ｓが重畳されている。以下の文では省略）は各一時蓄積メモリに蓄積され、水平信号線Ｌ１，Ｌ２に同時に転送され、それぞれ加算平均化される。本実施例ではノイズと信号はそれぞれ２回ずつの読み出しであるので画素アンプのＲＮは１／√２になる。そして（Ｓ―Ｎ）差分回路でノイズＮの成分である△ＶｔｈとリセットノイズＫＴＣが差分処理され、出力信号Ｖｏｕｔに含まれるノイズはＲＮとなる。このように画素ノイズと信号を２回ずつ読み出して、加算平均化することにより、従来Ｓ−Ｎ回路で√２倍されたＲＮが、１／√２になった。当初は１／ｆノイズを複数回読み出す時の時間依存性が心配されたが、実験的に読み出し回数ｎを増やしても、ほぼ１／√ｎのＲＮノイズとなった。図１において、ブロック１００内のＰＤはホトダイオード、ＭＴＸはホトダイオードＰＤで光電変換された光電荷を画素アンプへ転送する転送トランジスタ、ＭＳＦは画素アンプのバッファトランジスタ、ＭＳＥＬは画素アンプを選択する選択トランジスタ、ＭＲＥＳはバッファトランジスタの入力部にある残留電荷をリセットし除去するトランジスタである。また、上記トランジスタはゲートに接続された各パルス、φＴＸ，φＲＥＳ、φＳＥＬによってリセット、蓄積、転送、読み出し制御が行われる。次にブロツク２００であるが、Ｖｎは画素アンプに接続された垂直信号線、ＭＲＶは画素アンプの電流源用トランジスタである。ＣＴ１，ＣＴ２は画素ノイズを一時蓄積する容量、ＣＴ３，ＣＴ４は画素信号を一時蓄積する容量であり、容量への入力トランジスタＭＴ１〜ＭＴ４はそれぞれが画素アンプからのノイズと信号の転送を制御する転送トランジスタ、容量からの出力トランジスタＭＴＯ１〜ＭＴＯ４は水平信号線Ｌ１，Ｌ２にノイズと信号を転送するトランジスタである。上記転送トランジスタは各パルス、φＴ１〜φＴ４、φｈｎにより転送制御される。ここでφｈｎは水平走査回路（図面上からは省略）からのパルスである。最後にブロック３００の説明であるが、Ｍｈ１とＭｈ２は水平信号線の残留信号のリセットトランジスタ、３００−１はノイズＮと信号Ｓ’の差動アンプである。 FIG. 1 is a circuit diagram of the averaging process of noise N and signal S 'using a temporary storage memory. In the figure, a block 100 surrounded by a dotted line is a unit pixel, a block 200 is a temporary storage memory as a mixing means, and a block 300 is an (S−N) difference circuit. New noise in pixel noise N (reset noise KTC, ΔVth, RN (1 / f noise), omitted in the following sentence) and signal S ′ (the reset noise, ΔVth) read out from the unit pixel a plurality of times RN ′ (1 / f noise) and the photoelectric conversion signal S are superimposed. (Omitted in the following sentence) is stored in each temporary storage memory, transferred simultaneously to the horizontal signal lines L1 and L2, and added and averaged respectively. In this embodiment, since the noise and the signal are read out twice each, the RN of the pixel amplifier is 1 / √2. Then, (S−N) difference circuit ΔVth, which is a component of noise N, and reset noise KTC are differentially processed, and the noise included in output signal Vout becomes RN. Thus, by reading out the pixel noise and the signal twice and averaging them, the RN multiplied by √2 in the conventional SN circuit becomes 1 / √2. Initially, I was worried about the time dependency when reading 1 / f noise multiple times, but even if the number of readings was increased experimentally, the RN noise was almost 1 / √n. In FIG. 1, PD in the block 100 is a photodiode, MTX is a transfer transistor that transfers photoelectric charges photoelectrically converted by the photodiode PD to the pixel amplifier, MSF is a buffer transistor of the pixel amplifier, MSEL is a selection transistor that selects the pixel amplifier, MRES is a transistor that resets and removes residual charges at the input of the buffer transistor. The transistor is controlled to be reset, stored, transferred, and read by each pulse, φTX, φRES, and φSEL connected to the gate. Next, in block 200, Vn is a vertical signal line connected to the pixel amplifier, and MRV is a current source transistor of the pixel amplifier. CT1 and CT2 are capacitors for temporarily accumulating pixel noise, and CT3 and CT4 are capacitors for temporarily accumulating pixel signals. The input transistors MT1 to MT4 to the capacitors respectively transfer to control noise and signal transfer from the pixel amplifier. Output transistors MTO1 to MTO4 from the transistors and capacitors are transistors that transfer noise and signals to the horizontal signal lines L1 and L2. The transfer transistor is controlled to be transferred by each pulse, φT1 to φT4, φhn. Here, φhn is a pulse from a horizontal scanning circuit (omitted from the drawing). Lastly, the block 300 will be described. Mh1 and Mh2 are reset transistors for residual signals on the horizontal signal line, and 300-1 is a differential amplifier for noise N and signal S '.

次に図１に示す回路の動作タイミングを説明する。図２に主要動作タイミング図を示す。 Next, the operation timing of the circuit shown in FIG. 1 will be described. FIG. 2 shows a main operation timing chart.

パルスφＲＥＳのｔ１期間に、画素アンプ入力ゲート部の残留電荷がリセットされる。パルスφＴ１のｔ２期間に画素ノイズＮ１（ＫＴＣ＋△Ｖｔｈ＋ＲＮ１）、パルスφＴ２のｔ３期間で画素ノイズＮ２（ＫＴＣ＋△Ｖｔｈ＋ＲＮ２）が容量ＣＴ１，ＣＴ２にメモリされる。次にパルスφＴＸのｔ４期間にホトダイオードＰＤで光電変換された光電荷Ｓが画素アンプ入力部へ転送される。そして、パルスφＴ３のｔ５期間に信号Ｓ’（Ｓ＋ＫＴＣ＋△Ｖｔｈ＋ＲＮ３）、パルスφＴ４のｔ６期間に信号Ｓ’（Ｓ＋ＫＴＣ＋△Ｖｔｈ＋ＲＮ４）が容量ＣＴ３，ＣＴ４にメモリされる。これで画素アンプからノイズと信号が２回ずつ読み出されてメモリにされたことになる。これらの動作は、実際のエリアセンサでは水平方向に複数接続された画素行毎になされる。メモリのノイズと信号は水平走査回路からのパルスφｈ（ｎ）により水平信号線Ｌ１，Ｌ２に同時に転送され加算平均化されたノイズ（ＫＴＣ＋△Ｖｔｈ＋ＲＮ’／√２）と信号（Ｓ＋ＫＴＣ＋△Ｖｔｈ＋ＲＮ’’／√２）になり、差動アンプ３００−１の差動処理により固定パタンノイズが除去され、信号Ｖｏｕｔ（Ｓ＋ＲＮ）が出力される。φｈｒｅｓｅｔは水平信号線上の残留電荷をリセットして次のノイズと信号の転送に備えている。 In the t1 period of the pulse φRES, the residual charge in the pixel amplifier input gate is reset. The pixel noise N1 (KTC + ΔVth + RN1) is stored in the capacitors CT1 and CT2 during the t2 period of the pulse φT1, and the pixel noise N2 (KTC + ΔVth + RN2) is stored during the t3 period of the pulse φT2. Next, the photoelectric charge S photoelectrically converted by the photodiode PD during the period t4 of the pulse φTX is transferred to the pixel amplifier input section. Then, the signal S ′ (S + KTC + ΔVth + RN3) is stored in the capacitors CT3 and CT4 during the t5 period of the pulse φT3, and the signal S ′ (S + KTC + ΔVth + RN4) is stored during the t6 period of the pulse φT4. Thus, the noise and signal are read out from the pixel amplifier twice and stored in the memory. These operations are performed for each pixel row connected in the horizontal direction in an actual area sensor. The noise and signal of the memory are simultaneously transferred to the horizontal signal lines L1 and L2 by the pulse φh (n) from the horizontal scanning circuit and added and averaged, and the noise (KTC + ΔVth + RN ′ / √2) and the signal (S + KTC + ΔVth + RN ″) / √2), the fixed pattern noise is removed by the differential processing of the differential amplifier 300-1, and the signal Vout (S + RN) is output. φreset resets the residual charge on the horizontal signal line to prepare for the next noise and signal transfer.

本実施例では、パルスφＳＥＬはＮ１、Ｎ２、Ｓ、Ｓ’がそれぞれ容量ＣＴ１、ＣＴ２、ＣＴ３、ＣＴ４に順次保持される間ずっとＨｉｇｈになっている。また、φＴ１、φＴ２、φＴ３、φＴ４は、一括してＨｉｇｈになり、φＴ１から順次Ｌｏｗになっている。 In this embodiment, the pulse φSEL is high while N1, N2, S, and S ′ are sequentially held in the capacitors CT1, CT2, CT3, and CT4, respectively. Further, φT1, φT2, φT3, and φT4 are collectively High, and are sequentially low from φT1.

しかしながら、Ｎ１をＣＴ１に保持するときにφＳＥＬ、φＴ１をＨｉｇｈにし、その後両パルスをＬｏｗにし、その後Ｎ２をＣＴ２に保持するときにφＳＥＬ、φＴ２をＨｉｇｈにし、その後両パルスをＬｏｗにし、ＳをＣＴ３に保持するときにφＳＥＬ、φＴ３をＨｉｇｈにし、その後両パルスをＬｏｗにし、Ｓ’をＣＴ４に保持するときにφＳＥＬ、φＴ４をＨｉｇｈにし、その後両パルスをＬｏｗにするようにしても良い。このような動作は、下記で実施例２〜５の動作においても適用可能である。 However, when N1 is held at CT1, φSEL and φT1 are set to High, and then both pulses are set to Low. When N2 is held at CT2, φSEL and φT2 are set to High, then both pulses are set to Low, and S is set to CT3. It is also possible to set φSEL and φT3 to High when held at the same time, then set both pulses to Low, and hold S ′ at CT4, set φSEL and φT4 to High, and then set both pulses to Low. Such an operation can be applied to the operations of Examples 2 to 5 below.

本発明の実施例２を図３に示す。 Example 2 of the present invention shown in FIG.

図３において、図１とおなじ構成の回路には同じ番号を記し、説明を省略する。本実施例は図１の実施例１に対し、単位画素のブロック１００と一時蓄積メモリのブロック２００との間に画素アンプの固定パターンノイズを除去するＣＤＳ回路（ＣｃＬ，ＭｃＬ）と増幅回路５を設けたことが異なる点である。ＣＤＳ回路によりクランプ容量のＫＴＣノイズと画素アンプのノイズ（ＫＴＣ＋△Ｖｔｈ）を除去でき、さらに増幅器により後段の回路のノイズを無視できる程度の信号レベルを得ることが出来る。この増幅器で撮像素子のゲイン切り替えを行うことも可能である。低照度時には、後段回路のノイズの影響を避けるのに好都合である。 In FIG. 3, circuits having the same configuration as in FIG. This embodiment to the first embodiment of FIG. 1, the amplifier circuit 5 CDS circuit (CCL, McL) and to remove the fixed pattern noise of the pixel amplifier between the block 200 of the temporary storage memory block 100 of the unit pixel The difference is that it is provided. The CDS circuit can remove the KTC noise of the clamp capacitor and the noise (KTC + ΔVth) of the pixel amplifier, and the amplifier can obtain a signal level that can ignore the noise of the subsequent circuit. It is also possible to switch the gain of the image sensor with this amplifier. At low illuminance, it is convenient to avoid the influence of noise in the subsequent circuit.

それではＣＤＳ回路を説明する。垂直信号線ＶｎにＣＤＳのためのクランプ容量Ｃｃｌが接続され、そのクランプ容量の終端にはクランプトランジスタＭｃｌが任意の基準電源に接続されている。まず画素アンプから最初の画素ノイズが読み出され時、その電位が基準電源にクランプされる。次に読み出されるノイズや信号は画素アンプの変化分すなわちＲＮノイズや光電荷分の変化電圧が増幅器に入力される。増幅器ではノイズと信号が増幅され、また、増幅器のオフセット電圧が重畳されて一時蓄積メモリに蓄積される。 Now, a CDS circuit will be described. A clamp capacitor Ccl for CDS is connected to the vertical signal line Vn, and a clamp transistor Mcl is connected to an arbitrary reference power source at the end of the clamp capacitor. First, when the first pixel noise is read from the pixel amplifier, the potential is clamped to the reference power source. As for the noise and signal to be read out next, the change voltage of the pixel amplifier, that is, the change voltage of RN noise or photo charge is input to the amplifier. In the amplifier, noise and signal are amplified, and the offset voltage of the amplifier is superimposed and stored in the temporary storage memory.

図４に実施例２の動作タイミング図を示す。 FIG. 4 shows an operation timing chart of the second embodiment .

ｔ１の期間、パルスΦＲＥＳで画素アンプの入力をリセットするとともに、ｔ２の期間にＣＤＳ回路を動作させると、クランプ容量の入力端は画素アンプのノイズ電位で、終端は基準電位にクランプされたことになる。次にｔ３期間にパルスφＴ１で増幅器のオフセット電圧とノイズがメモリされる。同様にｔ４期間にパルスφＴ２で増幅器のオフセット電圧とノイズがメモリされる。さらに信号読み出しにおいても同様にｔ５、ｔ６期間に光電変換信号Ｓと増幅器のオフセット電圧とノイズがメモリされる。メモリのノイズと信号は水平走査回路からのパルスφｈ（ｎ）により水平信号線Ｌ１，Ｌ２に同時に転送され加算平均化されたノイズ（△Ｖｏｆｆｓｅｔ＋ＲＮ’／√２）と信号（Ｓ＋△Ｖｏｆｆｓｅｔ＋ＲＮ’’／√２）になり、差動アンプ３００−１の差動処理により増幅器のオフセットノイズ（△Ｖｏｆｆｓｅｔ）が除去され、信号Ｖｏｕｔ（Ｓ＋ＲＮ）が出力される。実施例１および２ともにメモリや差動アンプのノイズは省略しているので、説明上、信号Ｖｏｕｔに含まれるノイズは同じになっている。 When the input of the pixel amplifier is reset by the pulse ΦRES during the period t1 and the CDS circuit is operated during the period t2, the input terminal of the clamp capacitor is clamped to the noise potential of the pixel amplifier and the terminal is clamped to the reference potential. Become. Next, the offset voltage and noise of the amplifier are memorized by the pulse φT1 in the period t3. Similarly, the offset voltage and noise of the amplifier are memorized by the pulse φT2 during the period t4. Further, in the signal readout, the photoelectric conversion signal S, the offset voltage of the amplifier and the noise are memorized in the same period t5 and t6. The noise and signal of the memory are simultaneously transferred to the horizontal signal lines L1 and L2 by the pulse φh (n) from the horizontal scanning circuit, and are added and averaged (ΔVoffset + RN ′ / √2) and the signal (S + ΔVoffset + RN ″ / √2), and the offset noise (ΔVoffset) of the amplifier is removed by the differential processing of the differential amplifier 300-1, and the signal Vout (S + RN) is output. Since the noise of the memory and the differential amplifier is omitted in both the first and second embodiments, the noise included in the signal Vout is the same for the sake of explanation.

図１０に実施例３の撮像素子全体構成概略図を示す。図１０において、５は撮像エリアであり水平方向及び垂直方向に複数の単位画素が構成され、その単位画素上には集光率向上のためのマイクロレンズやカラー化のための色フィルタなどが構成されている。（図面上では省略） FIG. 10 is a schematic diagram of the overall configuration of the image sensor according to the third embodiment . In FIG. 10, reference numeral 5 denotes an imaging area, in which a plurality of unit pixels are configured in the horizontal direction and the vertical direction, and a micro lens for improving the light collection rate, a color filter for colorization, and the like are configured on the unit pixels Has been. (Omitted on the drawing)

この撮像エリア内の各画素行の画素は垂直走査回路１０によって制御される。
図１０では撮像エリア内は簡略的に垂直信号線Ｖ１〜Ｖｎのみを示している。その垂直信号線は奇数列と偶数列でそれぞれＣＤＳ，増幅回路２０−１，２０−２に接続され、その出力信号はメモリ３０−１，３０−２に一時蓄積される。そしてメモリ上のノイズと信号は水平走査回路４０−１，４０−２からの制御パルスによって差動アンプ５０−１，５０−２に導かれノイズが低減される。 The pixels in each pixel row in this imaging area are controlled by the vertical scanning circuit 10.
In FIG. 10, only the vertical signal lines V1 to Vn are simply shown in the imaging area. The vertical signal lines are connected to the CDS and amplifier circuits 20-1 and 20-2 in the odd and even columns, respectively, and their output signals are temporarily stored in the memories 30-1 and 30-2. The noise and signals on the memory are guided to the differential amplifiers 50-1 and 50-2 by the control pulses from the horizontal scanning circuits 40-1 and 40-2, and the noise is reduced.

ここで、ＣＤＳ回路は、図３のＣｃＬ，ＭｃＬに対応し、増幅回路は、図３の５に対応している。メモリ３０−１，３０−２は、図３の２００に対応し、差動アンプ５０−１，５０−２は、図３の３００に対応する。そして、上下に読み出す以外は、構成、動作は同じである。 Here, the CDS circuit corresponds to CcL and McL in FIG. 3, and the amplifier circuit corresponds to 5 in FIG. The memories 30-1 and 30-2 correspond to 200 in FIG. 3, and the differential amplifiers 50-1 and 50-2 correspond to 300 in FIG. The configuration and operation are the same except for reading up and down.

次に本発明の実施例４を説明する。実施例４は複数の画素信号の加算平均化と、ノイズと信号の複数回読み出しを併用した回路構成と動作である。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. The fourth embodiment is a circuit configuration and operation using both averaging of a plurality of pixel signals and reading of noise and signals a plurality of times.

図１４は本実施例のカラー撮像装置による画素信号の加算後の色配置と各色毎の加算信号を示す説明図である。図１５Ａは画素信号加算前の各色の配置例図である。 FIG. 14 is an explanatory diagram showing the color arrangement after addition of pixel signals and the addition signal for each color by the color imaging apparatus of this embodiment. FIG. 15A is an arrangement diagram of each color before pixel signal addition.

まず図１５Ａにおいての色配置例は、撮像素子の各ホトダイオード上にカラーフィルタＧ（緑）、Ｒ（赤）、Ｂ（青）が構成されているものとする。この例では、Ｇが市松状に、ＲとＢが線順次状に、別の言い方をすればＲ，Ｇ，Ｇ，Ｂの２×２＝４画素が一単位画素色配列として２次元上に配置されている。 First, in the color arrangement example in FIG. 15A, it is assumed that color filters G (green), R (red), and B (blue) are configured on each photodiode of the image sensor. In this example, G is checkered, R and B are line-sequential, in other words, 2 × 2 = 4 pixels of R, G, G, and B are two-dimensionally arranged as one unit pixel color array. Has been placed.

本実施例の画素信号の加算読み出し撮影モードでは、図１４に示す様に図１５Ａと同じ色配置になるように撮像素子内で画素信号が加算され、メモリされたのち撮像素子から読み出される。図１５の実施例では同一色３×３＝９画素の加算例である。図１５−ＢはＲｉｊ信号の加算でありｍ行、ｍ＋２行、ｍ＋４行のそれぞれＲｎ列，Ｒｎ＋２列、Ｒｎ＋４列の信号が加算される。同様に図１５−ＣはＧｉ，ｊ＋１信号の加算、図１５−ＤはＧｉ＋１，ｊ信号の加算、図１５−ＥはＢｉ＋１，ｊ信号の加算を示す図である。この場合各色は空間的にオーバラップして加算されるが、この事により加算された各色信号間の空間的サンプリングの重心が等ピッチになり、さらに全ての画素信号が利用される。従って、空間サンプリングのずれによる画像のモアレはなくなり、また、感度（特に光ショットノイズ）は√９＝３倍改善される。例えば５００万画素数の撮像素子に本発明を応用すれば、加算後では約ＶＧＡ相当の画素数となり、高感度で高速度撮影の読み出しが可能となる。さらに低解像度が必要であれば５×５あるいは７×７と加算画素数を増しても良い。そうすればさらに高感度になる効果がある。加算画素数を増やしても後述する加算回路のメモリを加算行数分増やすだけで良い。 In the pixel signal addition readout shooting mode of this embodiment, as shown in FIG. 14, the pixel signals are added in the image sensor so as to have the same color arrangement as in FIG. 15A, read out from the image sensor after being stored in memory. The embodiment of FIG. 15 is an addition example of the same color 3 × 3 = 9 pixels. FIG. 15B shows the addition of the Rij signal. The signals of the Rn column, Rn + 2 column, and Rn + 4 column of the m row, m + 2 row, and m + 4 row are added. Similarly, FIG. 15-C shows addition of Gi, j + 1 signals, FIG. 15-D shows addition of Gi + 1, j signals, and FIG. 15-E shows addition of Bi + 1, j signals. In this case, the colors are spatially overlapped and added, but this makes the center of spatial sampling between the added color signals equal in pitch, and all the pixel signals are used. Accordingly, the moire of the image due to the spatial sampling shift is eliminated, and the sensitivity (particularly, light shot noise) is improved by √9 = 3 times. For example, if the present invention is applied to an image pickup device having 5 million pixels, the number of pixels is about VGA after addition, and high-speed shooting with high sensitivity is possible. If a lower resolution is required, the number of added pixels may be increased to 5 × 5 or 7 × 7. This has the effect of increasing sensitivity. Even if the number of added pixels is increased, it is only necessary to increase the memory of an adder circuit to be described later by the number of added rows.

図５は３画素の画素信号の加算平均化と、ノイズと信号の３回読み出しを併用した回路構成図、図６は本実施例の駆動タイミング図である。この実施例では図１５Ｂ〜Ｅのように３×３画素の複数画素の加算平均を行う。まず画素行ｍの単位画素１００−１〜１００−３のＣＤＳ後の端子をトランジスタＭｃｏ１、Ｍｃｏ２で接続し、加算時はこのトランジスタをパルスφａｄｄで導通制御させる。３つの単位画素からのＣＤＳ後のノイズと信号はｔ１期間にパルス（φＴ１〜φＴ６、φＴＸ）により加算平均化され増幅器５−１を経てメモリＣＴ１〜ＣＴ５に蓄積される。この結果メモリ２００’−１にはノイズと信号が３回分読み出し蓄積されたことになる。同様に画素行ｍ＋２はｔ２期間にパルス（φＴ１’〜φＴ６’、φＴＸ’）により、ｍ＋４でもｔ３期間にパルス（φＴ１’’〜φＴ６’’、φＴＸ’’）により３画素のノイズと信号の加算平均化、及び複数回読み出しが行われ、メモリ２００’−２、２００’−３に蓄積が行われる。 FIG. 5 is a circuit configuration diagram that uses both averaging of pixel signals of three pixels and three-time readout of noise and signals, and FIG. 6 is a drive timing diagram of this embodiment . In this embodiment, addition averaging of a plurality of 3 × 3 pixels is performed as shown in FIGS. First, the terminals after the CDS of the unit pixels 100-1 to 100-3 in the pixel row m are connected by the transistors Mco1 and Mco2, and at the time of addition, the transistors are conductively controlled by the pulse φadd. Noise and signals after CDS from the three unit pixels are added and averaged by pulses (φT1 to φT6, φTX) in the period t1, and stored in the memories CT1 to CT5 via the amplifier 5-1. As a result, noise and a signal are read and accumulated three times in the memory 200′-1. Similarly, the pixel row m + 2 adds the noise and signal of three pixels by a pulse (φT1 ′ to φT6 ′, φTX ′) in the period t2, and the pulse (φT1 ″ to φT6 ″, φTX ″) in the period t3 even in the m + 4. Averaging and reading are performed a plurality of times, and accumulation is performed in the memories 200′-2 and 200′-3.

次のｔ４期間にφｈｎ〜φｈｎ’’を共通パルスで制御することによって、メモリ２００−１〜２００−３のノイズと信号は同時に水平信号線に転送されるため、その水平信号線上で９画素分のノイズと信号が３回分加算平均化される。従ってノイズＲＮは１／（３√３）に低減出来たことになる。結局、差動アンプ３００の出力ではノイズＲＮは√２／（３√３）になる。複数画素加算がない場合に比較してノイズＲＮは１／（３√３）に低減されたことで、これは感度を３√３倍改善してことになる。 By controlling φhn to φhn ″ with a common pulse in the next t4 period, noise and signals in the memories 200-1 to 200-3 are simultaneously transferred to the horizontal signal line. The noise and signal are added and averaged three times. Therefore, the noise RN can be reduced to 1 / (3√3). Eventually, the noise RN becomes √2 / (3√3) at the output of the differential amplifier 300. The noise RN is reduced to 1 / (3√3) as compared to the case where there is no addition of a plurality of pixels, which means that the sensitivity is improved by 3√3 times.

図１１は本実施例の撮像素子の回路ブロック構成図である。図１０のＣＤＳ，増幅回路に対し図１１では加算回路（図５のＭｃｏ１，Ｍｃｏ２）が追加され、後段に増幅回路構成となった点が大きく異なっている。 FIG. 11 is a circuit block diagram of the image sensor of the present embodiment. The addition circuit (Mco1, Mco2 in FIG. 5) is added in FIG. 11 to the CDS / amplifier circuit in FIG.

次に実施例５は、図７のような構成となっており、メモリ２００の蓄積容量ＣＴ後に水平信号線上で加算を行っていた実施例４に対し、本実施例では、水平信号線に転送する前段で加算を行っている。これ以外の動作は、実施例４と同じである。このような接続により水平信号線に接続されるトランジスタが少なくなり、奇性容量が低減されメモリから水平信号線への容量分割による転送効率を向上させることが出来る。図８は全画素読み出しの場合のタイミング図、図９は加算読み出しの場合のタイミング図である。全画素読み出しでは加算パルスφａｄｄで複数画素信号の加算をＯＦＦにし、さらに、水平転送パルスφｈｎ，φｈｎ’，φｈｎ’’を独立に制御する。加算読み出しではφｈｎ，φｈｎ’，φｈｎ’’を共通パルスで制御する。 Next, the fifth embodiment has a configuration as shown in FIG. 7. In contrast to the fourth embodiment in which the addition is performed on the horizontal signal line after the storage capacitor CT of the memory 200, the fifth embodiment uses a horizontal signal line. Addition is performed before the transfer. Other operations are the same as those in the fourth embodiment. With such connection, the number of transistors connected to the horizontal signal line is reduced, the odd capacity is reduced, and the transfer efficiency by capacity division from the memory to the horizontal signal line can be improved. FIG. 8 is a timing chart in the case of all pixel readout, and FIG. 9 is a timing chart in the case of addition readout. In all-pixel readout, the addition of a plurality of pixel signals is turned OFF with the addition pulse φadd, and the horizontal transfer pulses φhn, φhn ′, φhn ″ are independently controlled. In addition reading, φhn, φhn ′, and φhn ″ are controlled by a common pulse.

撮像領域の画素部としては、前記実施例では一つのホトダイオードに対し一つの画素アンプ構成を上述したが、他の画素部実施例として図１２に共通アンプ画素構成を示す。これは一つの画素アンプに対し２つのポトダーオードを構成した例である。一つのアンプに対し複数のホトダイ―オードを配置させると一つのホトダイオードに対する画素アンプの面積が小さくなり、結果的にホトダイオードの開口率が向上する効果がある。 As the pixel portion of the imaging region, one pixel amplifier configuration is described above for one photodiode in the above embodiment, but FIG. 12 shows a common amplifier pixel configuration as another pixel portion embodiment. This is an example in which two photodiodes are configured for one pixel amplifier. If a plurality of photodiodes are arranged for one amplifier, the area of the pixel amplifier for one photodiode is reduced, and as a result, the aperture ratio of the photodiode is improved.

図１３に上記の実施例１〜５で説明した撮像素子を用いた撮像装置の概略図を示す。同図のように光学系７１を通って入射した被写体光は撮像素子７２上に結像する。撮像素子に配置されている画素により光情報は電気信号に変換される。その電気信号は信号処理回路７３によって予め決められた方法によって信号変換処理される。信号処理された信号は記録系、通信７４により情報記録装置により記録あるいは情報伝達される。記録あるいは転送された信号は再生系、表示系で再生や表示が行なわれる。撮像素子７２、信号処理回路７３はタイミング制御回路７５により制御され、タイミング制御回路７５、記録系、通信系７４、再生系、表示系７７はシステムコントロール回路７６により制御される。ここで、タイミング制御回路７５により上記の実施例４、５における全画素読み出しモードか加算読み出しモードかを選択する。また、タイミング制御回路７５は、実施例１〜５における撮像素子内の駆動を制御する。 FIG. 13 shows a schematic diagram of an image pickup apparatus using the image pickup element described in the first to fifth embodiments. As shown in the figure, the subject light incident through the optical system 71 forms an image on the image sensor 72. Optical information is converted into an electrical signal by the pixels arranged in the image sensor. The electric signal is subjected to signal conversion processing by a signal processing circuit 73 by a predetermined method. The signal processed signal is recorded or transmitted by the information recording apparatus through the recording system and communication 74. The recorded or transferred signal is reproduced and displayed in a reproduction system and a display system. The image sensor 72 and the signal processing circuit 73 are controlled by the timing control circuit 75, and the timing control circuit 75, the recording system, the communication system 74, the reproduction system, and the display system 77 are controlled by the system control circuit 76. Here, the timing control circuit 75 selects the all-pixel readout mode or the addition readout mode in the fourth and fifth embodiments. Further, the timing control circuit 75 controls driving in the image sensor in the first to fifth embodiments.

前述した全画素読み出しモードと加算読み出しモードでは水平と垂直駆動パルスが異なる。従って読み出しモード毎にセンサーの駆動タイミング、信号処理回路の解像度処理、記録系の記録画素数を変える必要がある。これらの制御はシステムコントロール回路で各読み出しモード応じて行なわれる。また、読み出しモードで加算により感度が異なる。これはシステムコントロール回路で絞り（不図示）制御を行い、また、タイミング制御回路からの制御パルス（不図示）でセンサーの増幅回路Ａｍｐゲインを上げるように切り替えて適正信号を得る。 The horizontal and vertical drive pulses are different in the all-pixel readout mode and the addition readout mode. Therefore, it is necessary to change the drive timing of the sensor, the resolution processing of the signal processing circuit, and the number of recording pixels of the recording system for each readout mode. These controls are performed in accordance with each read mode by the system control circuit. Also, the sensitivity varies depending on the addition in the readout mode. The system control circuit controls the diaphragm (not shown), and the control pulse (not shown) from the timing control circuit is switched to increase the amplification circuit Amp gain of the sensor to obtain an appropriate signal.

本撮像装置により高精細撮影では全画素読み出しを行いさらに高感度に、低解像度撮影では超高感度、高速読み出し、高画質が可能となった。 With this imaging device, all pixels are read out in high-definition shooting, and it is possible to achieve higher sensitivity, and ultra-high sensitivity, high-speed reading, and high image quality in low-resolution shooting.

以上の実施例１〜５によれば、画素からノイズと信号を複数回読み出し、加算平均化することにより画素アンプの１／ｆを低減出来た。また画素信号の加算と複数回読み出しを併用したので、さらに１／ｆを低減し、高感度化を達成した。さらに各色信号の空間的サンプリング重心を一致させたので、モアレが低減出来た。また画素信号の加算により感度を向上させ、高速読み出しと低電力駆動が可能となった。さらに加算回路を小さく構成できたので撮像素子を安価に供給できる。 According to the first to fifth embodiments described above, 1 / f of the pixel amplifier can be reduced by reading out noise and signals from the pixel a plurality of times and performing averaging. In addition, since addition of pixel signals and reading a plurality of times are used in combination, 1 / f is further reduced and high sensitivity is achieved. Furthermore, since the spatial sampling centroids of the color signals are matched, moire can be reduced. In addition, the addition of pixel signals improves sensitivity, enabling high-speed reading and low-power driving. Furthermore, since the addition circuit can be made small, the image sensor can be supplied at low cost.

実施例１の撮像素子の一部である一時蓄積メモリを利用した加算平均化処理回路をあらわす図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an addition averaging processing circuit using a temporary storage memory that is a part of the image sensor according to the first embodiment . 実施例１のタイミング図である。FIG. 3 is a timing chart of the first embodiment . 実施例２の撮像素子の一部であるＣＤＳ回路、増幅器、化算平均化処理回路をあらわす図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a CDS circuit, an amplifier, and a calculation averaging processing circuit that are a part of the image sensor of the second embodiment . 実施例２のタイミング図である。FIG. 6 is a timing diagram of the second embodiment . 実施例４の撮像素子の一部である複数画素信号の加算回路と加算平均化処理回路を併用した回路をあらわす図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a circuit that uses both an addition circuit of a plurality of pixel signals and an addition averaging processing circuit, which are a part of the image sensor according to the fourth embodiment . 実施例４のタイミング図である。It is a timing diagram of a fourth embodiment. 実施例５の撮像素子の一部である複数画素信号の加算回路と加算平均化処理回路を併用した回路をあらわす図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a circuit that uses both an addition circuit of a plurality of pixel signals and an addition averaging processing circuit, which are a part of the image sensor according to the fifth embodiment . 実施例５の全画素信号読み出し時のタイミング図である。FIG. 10 is a timing chart when all pixel signals are read according to the fifth exemplary embodiment . 実施例５の加算読み出し時のタイミング図である。FIG. 10 is a timing chart at the time of addition reading in the fifth embodiment . 実施例３の撮像素子全体構成図である。FIG. 6 is an overall configuration diagram of an image sensor according to a third embodiment . 実施例４の撮像素子全体構成図である。FIG. 6 is an overall configuration diagram of an image sensor according to a fourth embodiment . 画素部の共通アンプ画素構成例図である。It is a common amplifier pixel structure example figure of a pixel part. 実施例１〜５の撮像素子を用いた撮像装置をあらわす図である。It is a figure showing the imaging device using the image pick-up element of Examples 1-5. 複数画素信号の加算後の色配置図である。FIG. 6 is a color arrangement diagram after addition of a plurality of pixel signals. 各色の配置図である。It is an arrangement drawing of each color.

符号の説明Explanation of symbols

１００単位画素
２００一時蓄積メモリ
３００（Ｓ−Ｎ）差分回路 100 unit pixel 200 temporary storage memory 300 (SN) difference circuit

Claims

各々が光電変換部と、前記光電変換部の信号を増幅して出力する増幅手段と、を有する複数の画素が行列状に配列された画素部と、
同一行の複数の前記画素の前記増幅手段の入力部をリセットしたことに基づく信号を混合して第１の水平混合信号を得た後に、前記光電変換部で発生した光電変換信号を混合して第２の水平混合信号を得る水平混合手段と、
前記第１の水平混合信号を複数回サンプリングして混合した信号を複数混合した第１の混合信号を出力し、かつ、前記第２の水平混合信号を複数回サンプリングして混合した信号を複数混合した第２の混合信号を出力する混合手段と、
前記第１の混合信号と、前記第２の混合信号との差分処理を行う差分処理手段と、を有し、
前記画素部は、赤のカラーフィルタが設けられた画素と緑のカラーフィルタが設けられた画素とが交互に配列された第１の行と、緑のカラーフィルタが設けられた画素と青のカラーフィルタが設けられた画素とが交互に配列された第２の行と、が交互に配列され、
前記カラーフィルタの各色について、前記第１および第２の水平混合信号は、前記画素部の同一行の１列おきの前記画素に基づく信号であって、さらに、前記混合手段で混合される前記複数の第１および第２の水平混合信号は、それぞれが前記画素部の１行おきの前記画素に基づく信号であること
を特徴とする撮像装置。 A pixel unit in which a plurality of pixels each having a photoelectric conversion unit and an amplification unit that amplifies and outputs a signal of the photoelectric conversion unit are arranged in a matrix,
After mixing the signals based on resetting the input units of the amplifying means of the plurality of pixels in the same row to obtain the first horizontal mixed signal, the photoelectric conversion signals generated in the photoelectric conversion unit are mixed Horizontal mixing means for obtaining a second horizontal mixing signal;
Outputs a first mixed signal obtained by mixing a plurality of signals obtained by sampling the first horizontal mixed signal a plurality of times and mixing a plurality of signals obtained by sampling the second horizontal mixed signal a plurality of times and mixed. Mixing means for outputting the second mixed signal,
Differential processing means for performing differential processing between the first mixed signal and the second mixed signal ;
The pixel unit includes a first row in which pixels provided with a red color filter and pixels provided with a green color filter are alternately arranged, a pixel provided with a green color filter, and a blue color. Second rows in which pixels provided with filters are alternately arranged, and are alternately arranged,
For each color of the color filter, the first and second horizontal mixed signals are signals based on the pixels in every other column in the same row of the pixel unit, and are further mixed by the mixing unit. Each of the first and second horizontal mixed signals is a signal based on the pixels in every other row of the pixel unit.